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神奇的Pd/C,反应活化的催化剂

神奇的Pd/C,反应活化的催化剂 X-MOL资讯
2016-01-17
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导读:华东理工大学刘仁华课题组利用普通的商业化的Pd/C和H2组合,催化环己酮和2-环己烯酮衍生物脱氢合成苯酚类化合物,而H2作为唯一的副产品。
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引言:接触过有机化学的小伙伴们都知道Pd/C具有很好的催化加氢还原性能,具有稳定性高、反应选择性好、使用投料比小、易于回收、可反复套用等优良特点,是实验室以及工业生产中最常用的氢化催化剂;但是很有意思的是Pd/C在一定条件下也具有较好的催化脱氢性能,这恐怕对大多说童鞋还是比较新鲜的认识。当然,以前的研究中Pd/C表现出催化脱氢性能需要严苛的反应条件,且反应效果较差;但是如今对此性能的研究已取得了重大进展。


无氢接受体的催化脱氢反应过程,反应绿色,原子经济性较高,很大程度上避免原料前处理带来的麻烦;可以利用脱氢反应过程的中间体一锅法合成一大类有机化合物,大大简化反应的路线。目前报道的无氢接受体催化脱氢体系,所用催化剂一般都是结构相对复杂Pd、Ir、Pt等过渡金属复合物,而且主要集中于醇、胺等碳杂键催化脱氢及随后的串联反应的研究。


苯酚类化合物不仅是常用的化工中间体,而且是精细化工及大宗化工的重要组成部分。目前苯酚类化合物的合成主要有取代芳香化合物通过常见官能团进行亲核或亲电取代反应,以及金属催化偶联反应。


华东理工大学刘仁华课题组在《Chemical Science》报道了一个以前不受重视的普通的商业化的Pd/C和H2组合,催化环己酮和2-环己烯酮衍生物脱氢合成苯酚类化合物,而H2作为唯一的副产品。


该反应不需要氧化剂或氢受体,符合绿色化学的要求;这种合成苯酚的方法具备高原子经济性和高收率,不仅直接释放氢气,而且有效避免产物酚类化合物与氧化剂发生的副反应;更有意思的是,他们发现加入适量的氢气可以作为助催化剂促进化学反应。


1 用气相方法检测氢气


通过气相,可以清楚地监测到反应中氢气产生,充分证明催化脱下的氢形成了H2直接释放出来。


2 气相监测不同气体氛围下的反应情况


采用气相检测的方法,通过对比不同气体氛围下的实验结果,他们发现向Pd/C催化剂中加入适量的氢不仅不会抑制Pd/C的催化脱氢性能,反而可以作为助催化剂促进该催化反应,因此他们称这种催化体系为“reaction- activated catalysts”。H2对催化剂Pd/C的影响决定于H2的量:太多的H2使Pd/C表现出催化加氢性能;适量的H2可以作为助催化剂促进Pd/C催化脱氢反应;一些该催化脱氢反应不需要外H2,因为其本身可产生足量的H2起到助催化作用。


3 催化环己酮/2-环己烯酮衍生物脱氢合成苯酚类化合物



通过这种方法,可以催化一大类的取代环己酮和环己烯酮脱氢生成相应的苯酚类化合物,具有较高的分离产率,因为有效避免了产物酚类化合物与氧化剂发生的氧化副反应;而且相同取代基的不同位置对反应效果无明显影响。


4 可能的反应机理


综合实验现象及结论,他们提出了上述可能的反应机理。以环己酮为例,Pd(0)和H2反应生成中间体HPd(II)H,其通过氧化或者互变异构的方式嵌入到环己酮的β位形成中间体A,这也可以解释适量的H2可以促进该催化反应;由于分子中羟基质子氢的作用,可使得释放氢气,形成中间体B;中间体B迅速转换为中间体C,并得到Pd(0);然后经历同样的循环方式得到中间体D;最后芳香异构化得到产物苯酚。


刘教授课题组的报道的这种催化脱氢合成苯酚类化合物的新方法,绿色,收率高,原子经济性高;开启了一类新的催化脱氢体系,作用于碳碳键,具备方法学的重大意义;采用结构简单、商业化并容易回收的Pd/C作为催化剂,很有潜力应用于工业生产上。


结语:


在不同量的H2条件下,Pd/C可表现出催化加氢和催化脱氢两种良好而又相反的催化性能,很期待报道更多的对Pd/C这种经典催化剂性能的研究成果!


One word:Pd/C, interesting and amazing!


http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/sc/c5sc01044f#!divAbstract


原文标题:Reaction-activated palladium catalyst for dehydrogenation of substituted cyclohexanones to phenols and H2 without oxidants and hydrogen acceptors


(本文由 Alexs 投稿)



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